针对传统固定分辨率扫描式三维成像存在点云冗余度高、图像重构精度低的问题，提出了一种空间变分辨率扫描式三维重构成像方法，构建了多回波与变分辨率扫描成像模型，通过对多回波分解并提取目标信息，实现了针对目标的高分辨深度图像重构。通过对比实验验证了模型的有效性，结果表明，与传统定分辨率扫描成像相比，该方法在保证目标重构精度的同时，采样比仅为传统方法的50%，有效降低了点云采样冗余度。所获结果有利于支撑三维成像相关应用领域。

激光雷达是对空间目标进行远距离高精度探测、跟踪监视的重要技术手段之一, 基于距离分辨的激光雷达探测系统相比于传统的成像系统, 具有整体结构简单、受大气干扰小等特点。国内外研究机构对该技术领域开展了大量研究, 主要介绍了高分辨率回波探测及反射断层成像激光雷达的发展现状, 总结和比较了国内外在理论算法、仿真分析、实验测试及实际应用等方面的进展, 分析了二者的技术特点, 展望了其发展前景。

设计了一种高精度、高线性度、轻小型激光脉冲飞行时间测量模块。结合TDC7201芯片在时间测量方面的优势, 将其作为时间测量核心部分, 并将STM32F103RET6微控制器作为主控芯片来控制整个模块的工作。实验结果表明, 该模块在12 ns~100 s时间间隔范围内的时间测量精度最高可达4.1 ps; 测量结果的线性拟合相关系数为1, 且能够测量激光脉冲主波与5个回波之间的时间间隔。该模块可满足基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)的脉冲式激光测距系统的高精度、高线性度、多回波、轻量化等实际应用需求。

针对目前激光扫描仪多回波处理所用高采样率A/D采样电路的设计难度大、成本高的问题，提出一种新的多回波处理电路实现方法。首先简述了典型A/D采样电路的一般设计方法。其次提出了一种主要由高速比较器、时间延迟电路、脉冲产生电路、脉宽测量电路、加法电路以及一个现场可编程门阵列(FPGA)共同组成的新的多回波处理方法，并对重要模块的设计进行了阐述。最后通过实验验证了该电路可有效处理双脉冲回波。该电路设计成本较低，相对A/D采样电路设计难度较小。

针对小光斑全波形机载激光雷达波形数据中叠加波难以解析和实测波形数据通常表现出展宽或尖峰形态的问题，提出一种基于小波变换与广义高斯模型的组合法(WT-GGM)来分解机载激光雷达波形数据。小波变换方法具有多分辨率分析的特性，在非平稳信号、微弱信号、瞬态信号及奇异信号的检测中显示出独特的优越性。广义高斯模型作为波形分量建模模型，通过调整其形状参数能有效地处理展宽或尖峰形态的波形分量。为了验证算法的有效性，分别对实验数据使用WT-GGM 算法、商业软件常用的COG 算法、GIPM 算法和RGD 算法进行分析，对比结果表明小波变换可以有效地从叠加波中检测出目标，WT-GGM 算法分解出的目标数与GIPM 算法和RGD 算法结果基本相同，是COG 算法的2 倍。

回波处理是提高太赫兹时域光谱系统频谱分辨率的重要方法.为了研究样品存在非线性吸收情况下的回波滤除方法，在解卷积算法的基础上考虑介质对太赫兹脉冲的吸收情况和群延迟效应，将已有算法所需的四个参数缩减为与样品种类、厚度无关的两个参数，进一步提高了太赫兹光谱恢复的准确度.经实验验证，该方法可有效滤除太赫兹时域光谱系统中的GaAs天线基底以及ZnTe探测晶体产生的回波，将时间窗宽度增加一倍，使系统频谱分辨率提高到20 GHz.

合成孔径激光雷达采用激光作为信号载波，通过合成孔径技术实现高分辨率成像.由于激光波长较短，平台的振动将对激光雷达图像质量产生影响.基于成对回波理论，针对平台角振动对合成孔径激光雷达影响进行分析，详细推导角振动影响引起的成对回波的解析表达式，其影响表现为成对的虚假目标并且加窗压低旁瓣的处理方法对成对回波是无效的.最后通过仿真验证了分析结果，该结论为合成孔径激光雷达系统总体分析与设计提供了理论依据.